CN114593845B - 一种基于互联网的荷重传感器安全监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于互联网的荷重传感器安全监测系统，涉及荷重传感器技术领域，包括过载保护模块、信息整理模块、监控中心以及预警分析模块；信息整理模块用于对压力数据进行有效性检测，根据实际压力数据和荷重传感器的负载系数建立第一分析数组，计算得到荷重传感器的负稳系数；若检测合格，则将压力数据发送至监控中心；若检测不合格，则对荷重传感器进行校准，重新采集压力数据；确保采集的压力数据符合荷重传感器的精度要求；预警分析模块用于对数据库内存储的带有时间戳的校准信息进行校准系数分析，以及时提醒管理人员对荷重传感器进行检修或更换，提高荷重传感器的测量精度和准确度，降低测量误差，减少损失。

Description

一种基于互联网的荷重传感器安全监测系统

技术领域

本发明涉及荷重传感器技术领域，具体是一种基于互联网的荷重传感器安全监测系统。

背景技术

荷重传感器是通过检验受力载体所受的载荷来完成对物体受力的测量的传感器装置。荷重传感器能将从载体传来的压力转化成相应的电信号，从而达到测量的目的，它广泛应用于各种称重和测力系统中。

然而现有的荷重传感器在进行测量时，由于缺少有效及时的安全监测手段，常因为传感器发生异常或者外界环境的影响，导致测量结果不准确，可能会产生较大的安全隐患和经济损失，且事后很难分析异常原因；并且在长时间使用的过程中，出现故障没有及时告知工作人员进行维修，缩短了荷重传感器的使用寿命，为此，我们提出一种基于互联网的荷重传感器安全监测系统。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于互联网的荷重传感器安全监测系统。

为实现上述目的，根据本发明的第一方面的实施例提出一种基于互联网的荷重传感器安全监测系统，包括压力采集模块、监控中心、损耗分析模块、设备监测模块以及预警分析模块；

所述压力采集模块用于采集荷重传感器上受力载体所受的载荷，即压力数据，并将采集的压力数据发送至信息整理模块；所述信息整理模块用于对压力数据进行有效性检测，具体为：

建立第一分析数组，计算得到荷重传感器的负稳系数W；第一分析数组包括同一时刻获取的实际压力数据N1以及荷重传感器的负载系数FZ；

若负稳系数W≤对应的负稳阈值，则判定对应压力数据有效；否则，判定对应压力数据无效，对荷重传感器进行校准，重新采集对应压力数据；

所述设备监测模块用于对荷重传感器进行校准监测，当监测到荷重传感器被校准时，记录校准信息并将校准信息打上时间戳存储至数据库；

所述预警分析模块用于对数据库内存储的带有时间戳的校准信息进行校准系数分析，若校准系数ZH≥校准阈值，则生成预警信号，以提醒管理人员对荷重传感器进行检修或更换。

进一步地，其中，第一分析数组的建立过程如下：

响应于预设的压力采集指令，采集实际压力数据并标记为N1；

当接收到实际压力数据后，采集荷重传感器的当前工作状态信息；将荷重传感器的工作电压、工作电流、工作温度以及工作阻抗依次标记为D1、L1、T1以及Z1；利用公式FZ＝D1×b1+L1×b2+T1×b3+Z1×b4计算得到荷重传感器的负载系数FZ，其中b1、b2、b3、b4均为系数因子；

根据实际压力数据N1和负载系数FZ建立第一分析数组。

进一步地，其中负稳系数W的具体计算过程如下：

以负载系数FZ为自变量，以实际压力数据N1为因变量建立荷重传感器载荷曲线，对荷重传感器载荷曲线进行求导获取荷重传感器载荷导数曲线；

每间隔R2时间采集一次荷重传感器载荷导数曲线中的导数，得到导数信息组；其中R2为预设值；按照标准差计算公式计算得到导数信息组的标准差α；若α≤预设标准差阈值，则处于待验证状态；

当处于待验证状态，遍历导数信息组，将导数最大值标记为Dmax，将导数的最小值标记为Dmin；利用公式Cb＝(Dmax-Dmin)/Dmax计算得到差异比Cb；利用公式计算得到荷重传感器的负稳系数W，其中A5、A6均为系数因子。

进一步地，其中对应的负稳阈值的获取方法为：

自动从存储模块获取荷重传感器的损耗值SH；

根据损耗值SH确定荷重传感器的负稳阈值；其中，所述数据库内预存有负稳阈值与损耗值的映射关系表。

进一步地，所述损耗分析模块用于根据荷重传感器的历史通电记录进行损耗值分析，具体分析步骤为：

采集荷重传感器的历史通电记录；将荷重传感器每次通电时的通电时长标记为HTi，将荷重传感器每次通电结束后的待机时长标记为DTi；

设定若干个待机时长阈值，每个待机时长阈值均对应一个预设通电时长范围，将通电时长HTi对应的待机时长阈值标记为Yr；

统计DTi小于Yr的次数为损耗频次K1；当DTi小于Yr时，将Yr与DTi的差值进行求和得到差待机总值TZ；利用公式SH＝K1×a3+TZ×a4计算得到荷重传感器的损耗值SH，其中a3、a4均为系数因子；

所述损耗分析模块用于将损耗值SH打上时间戳并存储至存储模块。

进一步地，所述预警分析模块的具体分析方法为：

根据传感器编号，获取同一荷重传感器在预设时间内的校准信息；

统计该荷重传感器的校准次数为C1，截取相邻校准时刻之间的时间段为缓冲时段，将每个缓冲时段内荷重传感器的载荷次数标记为缓冲频次Gi；

统计Gi＜频次阈值的次数为P1，当Gi＜频次阈值时，获取Gi与频次阈值的差值并求和得到差频总值ZT；利用公式CP＝P1×g1+ZT×g2计算得到差频系数CP，其中g1、g2均为系数因子；利用公式ZH＝C1×g3+CP×g4计算得到该荷重传感器的校准系数ZH，其中g3、g4均为系数因子。

进一步地，荷重传感器上设置有过载保护模块，用于对荷重传感器进行过载保护；所述过载保护模块包括弹簧、支架、限位器和预受力调节螺栓；所述弹簧用于产生预受力，通过预受力调节螺栓安装在荷重传感器上；限位器与荷重传感器相连接。

进一步地，过载保护模块的具体工作步骤为：

调节预受力调节螺栓使弹簧的预受力与荷重传感器的测量范围相对；

当荷重传感器受力属于正常范围时，弹簧不变形，被测力全部通过荷重传感器；当荷重传感器受力过载时，弹簧变形，荷重传感器发生整体位移，受力点与限位器接触，超出荷重传感器测量范围的力通过限位器而不是通过荷重传感器直接传递至支架上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明中荷重传感器上设置有过载保护模块，用于对荷重传感器进行过载保护；所述信息整理模块用于对压力数据进行有效性检测，根据实际压力数据N1以及荷重传感器的负载系数FZ建立第一分析数组，计算得到荷重传感器的负稳系数W；若检测合格，则将压力数据发送至监控中心；若检测不合格，则对荷重传感器进行校准，重新采集压力数据；确保采集的压力数据符合荷重传感器的精度要求，使得荷重传感器的测量结果更具有公信力，为后续研究分析提供数据支撑；

2、本发明中所述设备监测模块用于对荷重传感器进行校准监测，当监测到荷重传感器被校准时，记录校准信息并将校准信息打上时间戳存储至数据库；所述预警分析模块用于对数据库内存储的带有时间戳的校准信息进行校准系数分析，结合荷重传感器的校准次数C1和每个缓冲时段内荷重传感器的载荷次数Gi，计算得到该荷重传感器的校准系数ZH；若ZH≥校准阈值，则生成预警信号；以提醒管理人员对荷重传感器进行检修或更换，提高荷重传感器的测量精度和准确度，降低测量误差，减少损失。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的系统框图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种基于互联网的荷重传感器安全监测系统，包括压力采集模块、信息整理模块、过载保护模块、监控中心、损耗分析模块、存储模块、设备监测模块、预警分析模块、数据库以及报警模块；

压力采集模块用于采集荷重传感器上受力载体所受的载荷，即压力数据，并将采集的压力数据发送至信息整理模块；

荷重传感器上设置有过载保护模块，用于对荷重传感器进行过载保护，防止受力过载造成荷重传感器的损坏；过载保护模块包括弹簧、支架、限位器和预受力调节螺栓；弹簧能产生预受力，通过预受力调节螺栓安装在荷重传感器上；限位器与荷重传感器相连接；过载保护模块的具体工作步骤为：

调节预受力调节螺栓使弹簧的预受力与荷重传感器的测量范围相对应；当荷重传感器受力属于正常范围时，弹簧不变形，被测力全部通过荷重传感器；因而不影响荷重传感器的性能；

当荷重传感器受力过载时，弹簧变形，荷重传感器发生整体位移，受力点与限位器接触，超出荷重传感器测量范围的力通过限位器而不是通过荷重传感器直接传递至支架上，起到保护荷重传感器的作用；

信息整理模块用于对压力数据进行有效性检测，若检测合格，则将压力数据发送至监控中心，供监控中心的管理人员研究分析；若检测不合格，则对荷重传感器进行校准，重新采集压力数据；

其中，信息整理模块的具体检测步骤为：

S1：响应于预设的压力采集指令，采集实际压力数据并标记为N1；

S2：当接收到实际压力数据后，采集荷重传感器的当前工作状态信息；其中工作状态信息包括工作电压、工作电流、工作温度以及工作阻抗；

将荷重传感器的工作电压、工作电流、工作温度以及工作阻抗依次标记为D1、L1、T1以及Z1；利用公式FZ＝D1×b1+L1×b2+T1×b3+Z1×b4计算得到荷重传感器的负载系数FZ，其中b1、b2、b3、b4均为系数因子；

S3：建立第一分析数组，第一分析数组包括同一时刻获取的实际压力数据N1以及荷重传感器的负载系数FZ，其中实际压力数据N1与负载系数FZ一一对应；

以负载系数FZ为自变量，以实际压力数据N1为因变量建立荷重传感器载荷曲线，对荷重传感器载荷曲线进行求导获取荷重传感器载荷导数曲线；

S4：每间隔R2时间采集一次荷重传感器载荷导数曲线中的导数，得到导数信息组；其中R2为预设值；

按照标准差计算公式计算得到导数信息组的标准差α；若α≤预设标准差阈值，则处于待验证状态；否则判定对应压力数据无效，对荷重传感器进行校准，重新采集对应压力数据；

S5：当处于待验证状态，遍历导数信息组，将导数最大值标记为Dmax，将导数的最小值标记为Dmin；利用公式Cb＝(Dmax-Dmin)/Dmax计算得到差异比Cb；利用公式计算得到荷重传感器的负稳系数W，其中A5、A6均为系数因子；

若负稳系数W≤对应的负稳阈值，则判定对应压力数据有效，并将当前压力数据发送至监控中心；

若负稳系数W＞对应的负稳阈值，则判定对应压力数据无效，对荷重传感器进行校准，重新采集对应压力数据；

本发明通过对采集的压力数据进行递进检测，根据实际情况调整精度，确保采集的压力数据符合荷重传感器的精度要求，使得荷重传感器的测量结果更具有公信力，为后续研究分析提供数据支撑；

其中对应的负稳阈值的获取方法为：

自动从存储模块获取荷重传感器的损耗值SH，根据损耗值SH确定荷重传感器的负稳阈值；数据库内预存有负稳阈值与损耗值的映射关系表，其中损耗值越大，则对应的负稳阈值越大；

其中，损耗分析模块用于根据荷重传感器的历史通电记录进行损耗值分析，具体分析步骤为：

采集荷重传感器的历史通电记录；将荷重传感器每次通电时的通电时长标记为HTi，将对应通电结束时刻与下一次的通电开始时刻进行时间差计算得到待机时长DTi，其中HTi与DTi一一对应；

设定若干个待机时长阈值，每个待机时长阈值均对应一个预设通电时长范围，将通电时长HTi对应的待机时长阈值标记为Yr；将待机时长DTi与对应的待机时长阈值Yr相比较；当待机时长DTi小于Yr，则认为荷重传感器没有得到充分休息，此时再次通电使用，会产生额外损耗；

统计DTi小于Yr的次数为损耗频次K1；当DTi小于Yr时，将Yr与DTi进行差值计算，将所有的差值进行求和得到差待机总值TZ；

利用公式SH＝K1×a3+TZ×a4计算得到荷重传感器的损耗值SH，其中a3、a4均为系数因子；损耗分析模块用于将损耗值SH打上时间戳并存储至存储模块；

设备监测模块用于对荷重传感器进行校准监测，当监测到荷重传感器被校准时，记录校准信息并将校准信息打上时间戳传输到数据库进行实时存储，其中校准信息包括传感器编号和校准时刻；

预警分析模块与数据库相连接，用于对数据库内存储的带有时间戳的校准信息进行校准系数分析，具体分析方法为：

根据传感器编号，获取同一荷重传感器在预设时间内的校准信息；

统计该荷重传感器的校准次数为C1，截取相邻校准时刻之间的时间段为缓冲时段，将每个缓冲时段内荷重传感器的载荷次数标记为缓冲频次Gi；其中载荷次数指的是荷重传感器完成对物体受力的测量次数；

将缓冲频次Gi与频次阈值相比较，统计Gi＜频次阈值的次数为P1，当Gi＜频次阈值时，获取Gi与频次阈值的差值并求和得到差频总值ZT；利用公式CP＝P1×g1+ZT×g2计算得到差频系数CP，其中g1、g2均为系数因子；

将校准次数、差频系数进行归一化处理并取其数值，利用公式ZH＝C1×g3+CP×g4计算得到该荷重传感器的校准系数ZH，其中g3、g4均为系数因子；其中校准系数ZH越大，则表明对应荷重传感器测量精度不佳的趋势越明显；

将校准系数ZH与校准阈值相比较，若ZH≥校准阈值，则生成预警信号，预警分析模块用于将预警信号传输至监控中心；

监控中心接收到预警信号后控制报警模块发出警报，以提醒管理人员对荷重传感器进行检修或更换，提高荷重传感器的测量精度和准确度，降低测量误差，减少损失。

上述公式均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设参数和预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者大量数据模拟获得。

本发明的工作原理：

一种基于互联网的荷重传感器安全监测系统，在工作时，荷重传感器上设置有过载保护模块，用于对荷重传感器进行过载保护；压力采集模块用于采集荷重传感器上受力载体所受的载荷，即压力数据；信息整理模块用于对压力数据进行有效性检测，根据实际压力数据N1以及荷重传感器的负载系数FZ建立第一分析数组；若检测合格，则将压力数据发送至监控中心，供监控中心的管理人员研究分析；若检测不合格，则对荷重传感器进行校准，重新采集压力数据；确保采集的压力数据符合荷重传感器的精度要求，使得荷重传感器的测量结果更具有公信力，为后续研究分析提供数据支撑；

设备监测模块用于对荷重传感器进行校准监测，当监测到荷重传感器被校准时，记录校准信息并将校准信息打上时间戳传输到数据库进行实时存储；预警分析模块用于对数据库内存储的带有时间戳的校准信息进行校准系数分析，结合荷重传感器的校准次数C1和每个缓冲时段内荷重传感器的载荷次数Gi，计算得到该荷重传感器的校准系数ZH；若ZH≥校准阈值，则生成预警信号；以提醒管理人员对荷重传感器进行检修或更换，提高荷重传感器的测量精度和准确度，降低测量误差，减少损失。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (3)

1.一种基于互联网的荷重传感器安全监测系统，其特征在于，包括压力采集模块、监控中心、损耗分析模块、设备监测模块以及预警分析模块；

所述压力采集模块用于采集荷重传感器上受力载体所受的载荷，即压力数据，并将采集的压力数据发送至信息整理模块；所述信息整理模块用于对压力数据进行有效性检测，具体为：

建立第一分析数组，计算得到荷重传感器的负稳系数W；所述第一分析数组包括同一时刻获取的实际压力数据N1和荷重传感器的负载系数FZ；

若负稳系数W≤对应的负稳阈值，则判定对应压力数据有效；否则，判定对应压力数据无效，对荷重传感器进行校准，重新采集对应压力数据；

所述设备监测模块用于对荷重传感器进行校准监测，当监测到荷重传感器被校准时，记录校准信息并将校准信息打上时间戳存储至数据库；

所述预警分析模块用于对数据库内存储的带有时间戳的校准信息进行校准系数分析，若校准系数ZH≥校准阈值，则生成预警信号，以提醒管理人员对荷重传感器进行检修或更换；

其中，第一分析数组的建立过程如下：

响应于预设的压力采集指令，采集实际压力数据并标记为N1；

当接收到实际压力数据后，采集荷重传感器的当前工作状态信息；将荷重传感器的工作电压、工作电流、工作温度以及工作阻抗依次标记为D1、L1、T1以及Z1；利用公式FZ=D1×b1+L1×b2+T1×b3+Z1×b4计算得到荷重传感器的负载系数FZ，其中b1、b2、b3、b4均为系数因子；

根据实际压力数据N1和负载系数FZ建立第一分析数组；

其中负稳系数W的具体计算过程如下：

以负载系数FZ为自变量，以实际压力数据N1为因变量建立荷重传感器载荷曲线，对荷重传感器载荷曲线进行求导获取荷重传感器载荷导数曲线；

每间隔R2时间采集一次荷重传感器载荷导数曲线中的导数，得到导数信息组；其中R2为预设值；按照标准差计算公式计算得到导数信息组的标准差α；若α≤预设标准差阈值，则处于待验证状态；

当处于待验证状态，遍历导数信息组，将导数最大值标记为Dmax，将导数的最小值标记为Dmin；利用公式Cb=（Dmax-Dmin）/Dmax计算得到差异比Cb；利用公式计算得到荷重传感器的负稳系数W，其中A5、A6均为系数因子；

其中对应的负稳阈值的获取方法为：

自动从存储模块获取荷重传感器的损耗值SH；

根据损耗值SH确定荷重传感器的负稳阈值；其中，所述数据库内预存有负稳阈值与损耗值的映射关系表；

所述损耗分析模块用于根据荷重传感器的历史通电记录进行损耗值分析，具体分析步骤为：

采集荷重传感器的历史通电记录；将荷重传感器每次通电时的通电时长标记为HTi，将荷重传感器每次通电结束后的待机时长标记为DTi；

设定若干个待机时长阈值，每个待机时长阈值均对应一个预设通电时长范围，将通电时长HTi对应的待机时长阈值标记为Yr；

统计DTi小于Yr的次数为损耗频次K1；当DTi小于Yr时，将Yr与DTi的差值进行求和得到差待机总值TZ；利用公式SH=K1×a3+TZ×a4计算得到荷重传感器的损耗值SH，其中a3、a4均为系数因子；

所述损耗分析模块用于将损耗值SH打上时间戳并存储至存储模块；

所述预警分析模块的具体分析方法为：

根据传感器编号，获取同一荷重传感器在预设时间内的校准信息；

统计该荷重传感器的校准次数为C1，截取相邻校准时刻之间的时间段为缓冲时段，将每个缓冲时段内荷重传感器的载荷次数标记为缓冲频次Gi；

统计Gi＜频次阈值的次数为P1，当Gi＜频次阈值时，获取Gi与频次阈值的差值并求和得到差频总值ZT；利用公式CP=P1×g1+ZT×g2计算得到差频系数CP，其中g1、g2均为系数因子；利用公式ZH=C1×g3+CP×g4计算得到该荷重传感器的校准系数ZH，其中g3、g4均为系数因子。

2.根据权利要求1所述的一种基于互联网的荷重传感器安全监测系统，其特征在于，荷重传感器上设置有过载保护模块，用于对荷重传感器进行过载保护；所述过载保护模块包括弹簧、支架、限位器和预受力调节螺栓；所述弹簧用于产生预受力，通过预受力调节螺栓安装在荷重传感器上；限位器与荷重传感器相连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于互联网的荷重传感器安全监测系统，其特征在于，过载保护模块的具体工作步骤为：

调节预受力调节螺栓使弹簧的预受力与荷重传感器的测量范围相对；

当荷重传感器受力属于正常范围时，弹簧不变形，被测力全部通过荷重传感器；当荷重传感器受力过载时，弹簧变形，荷重传感器发生整体位移，受力点与限位器接触，超出荷重传感器测量范围的力通过限位器而不是通过荷重传感器直接传递至支架上。